PL222779B1 - Mechanizm dodatkowego docisku wewnątrz form do odlewania pod ciśnieniem dla odlewów z metali lekkich - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest mechanizm dodatkowego docisku wewnątrz form do odlewania pod ciśnieniem dla odlewów z metali lekkich.

Mechanizmy i urządzenia dociskowe do eliminacji porowatości odlewów, zwłaszcza ze stopów aluminium, są znane i powszechnie stosowane w odlewnictwie stopów lekkich. Powszechnie znane są również sposoby zagęszczania form piaskowych poprzez wibrowanie form lub docisk pneumatyczny. Znane formy kokilowe posiadające systemy odpowietrzania i nadlewy zakrzepowe posiadają radiatory i pręty chłodnicze.

Opis polskiego patentu nr PL 74 773 ujawnia sposób kokilowego odlewania korpusów ze stopów lekkich, który prowadzi się w kokilach podgrzanych do temperatury 400-500°C przy częściowo wysuniętych tłoczkach, które po wypełnieniu kokili i zakrzepnięciu metalu w szczelinowym wlewie, wciska się w głąb kokili o wielkość skoku kompensującego całkowity skurcz objętościowy stopu. Kokila do stosowania tego sposobu posiada cylindryczne tłoczki zamocowane w płycie korpusu i prowadzone w miejscach termicznych odlewów, przy czym wielkość skoku o jaki wciska się tłoczki po zalaniu kokili odpowiada objętości metalu niezbędnego do skompensowania skurczu poszczególnych węzłów termicznych odlewu.

Innym znanym z polskiego opisu patentowego nr PL 110 153 rozwiązaniem jest urządzenie do tłoczenia płynnego lub półpłynnego materiału w formie zbudowanej jako prasa, której matryca jest wypełniana płynnym metalem i jednocześnie przemieszcza się górna przesuwna cześć matrycy, a stosowane gazy przedostają się przewodami do komory sprężeń umieszczonej w górnej części przesuwnej części matrycy.

Inne rozwiązanie przedstawiono w polskim opisie patentowym nr PL 189 660, gdzie forma piaskowa zamocowana jest obrotowo w osi poziomej z możliwością obrócenia jej dnem do góry, a zalanie stopem metalu lekkiego następuje w pozycji do góry dnem, a następnie, po zbliżeniu się do temperatury krzepnięcia, forma jest obracana, a zgary i odgazowania przenikają do nadlewów. Stosowano również formy kokilowe z przesuwnym rdzeniem i z nieruchomymi kolkami bazowymi w celu stosowania otworów bazowych w rejonie nadlewów, lecz sposób ten miał szereg niedomagań jakościowych. Znane rozwiązania posiadają szereg niedomagań wynikających z dużej porowatości odlewu, zwłaszcza w obrębie obróbki mechanicznej, co eliminowało odlew o niskiej jakości powierzchni odlewu oraz jamach skurczowych powstałych w niekontrolowanych miejscach w odlewach ze stopów lekkich.

W celu wyeliminowania tych niedogodności i poprawy jakości odlewów oraz zminimalizowania porowatości odlewów ciśnieniowych z metali lekkich, a zwłaszcza stopów aluminium, opracowano według wynalazku mechanizm dodatkowego docisku wewnątrz form do odlewania pod ciśnieniem.

Jednym z celów jest opracowanie nowej technologii odlewania ciśnieniowego stosującej nowatorskie stopy aluminium i wykorzystującej odpowiedni park maszynowy i urządzenia peryferyjne, która doprowadziłaby do znacznej poprawy procesu produkcyjnego, ulepszenia wyrobu, wyższej wydajności produkcji i konkurencyjności.

W dotychczasowym stanie techniki odlewania wysokociśnieniowego, po drugiej fazie wtrysku, konwencjonalne układy wtryskowe metalu z zimną komorą wykonują zwielokrotnianie ciśnienia (trzecia faza), co zwiększa ciśnienie. W wyniku tego, tłok wtryskiwacza działa na metal, który jest ciekły lub częściowo skrystalizowany w formie. Proces ten służy do sprężenia pęcherzyków powietrza uwięzionych przez metal, głównie w drugiej fazie odlewania i gazów uwolnionych ze stopu, kiedy temperatura spada w stanie ciekłym. W trzeciej fazie ściska się metal w całej objętości przez metal znajdujący się w gnieździć formy w celu eliminacji lub zmniejszenia porowatości, a tym samym w celu równomiernej poprawy właściwości mechanicznych odlewu ciśnieniowego, co w praktyce nie jest technicznie możliwe. Z tego powodu, problemem jest ulepszenie procesu odlewania ciśnieniowego w celu uzyskania wysokich właściwości wytrzymałościowych metalu w tych częściach odlewu, które, z uwagi na swoją funkcję użytkową, są narażone na zwiększone obciążenia mechaniczne i eksploatacyjne.

Celem jest poprawa skuteczności dociskania w trzeciej fazie odlewania ciśnieniowego, skoncentrowana głównie na tych obszarach odlewu, które wymagają silnie zwartej i masywnej struktury metalu.

Mechanizm dodatkowego docisku wewnątrz form do odlewania pod ciśnieniem dla odlewów z metali lekkich, posiadający szereg prętów przesuwnych wnikających w odlew, według wynalazku charakteryzuje się tym, że korpus formy do odlewania pod ciśnieniem posiada prowadnice umocowaPL 222 779 B1 ne sztywno oraz dwa współpracujące kliny, zewnętrzny klin i napędowy klin, przemieszczające osiowo pręty zakończone popychaczami.

Korzystnie, zewnętrzny klin, umocowany w prowadnicy, posiada umocowane pręty, połączone z osadzonymi we wkładce formy popychaczami, a od strony współpracującego napędowego klina, zewnętrzny klin posiada skośny wypust. Ten skośny wypust ma teowy przekrój poprzeczny lub ma strukturę jaskółczego ogona.

Korzystnie, napędowy klin, umocowany przesuwnie w prowadnicy, połączony jest z tłoczyskiem siłownika nadającym mu ruch posuwisto-zwrotny, a od strony współpracującego zewnętrznego klina, napędowy klin posiada skośny rowek współpracujący jako prowadnica z wypustem zewnętrznego klina. Ten skośny rowek ma teowy przekrój poprzeczny lub ma strukturę jaskółczego ogona.

Korzystnie, pręty osadzone prostopadle do górnej części zewnętrznego klina są elementami o regulowanej wysokości osadzenia.

W przeciwieństwie do tradycyjnego procesu dociskania, w nowo opracowanym układzie do dociskania stosuje się nowatorskie rozwiązania wypychacza i rdzeni, zainstalowane na ruchomej stronie formy lub dodatkowy cylinder hydrauliczny zainstalowany na nieruchomej płycie urządzenia ciśnieniowego z tłokiem podtrzymującym, umieszczonym w tym obszarze, który umożliwia rozprowadzanie zwiększonego ciśnienia wokół elementów składowych układu, które jest realizowane na końcu drugiej fazy i w trakcie trzeciej fazy odlewania. To dodatkowe ciśnienie na powierzchnię odlewanego stopu krzepnącego w gnieździe formy wytwarza dodatkowe ciśnienie metalu krzepnącego w formie do odlewania ciśnieniowego, zwłaszcza w krytycznych węzłach, które są najbardziej wrażliwe na rzadziznę skurczową, a zatem znaczącą poprawę właściwości wytrzymałościowych w tych obszarach odlewu, niezależnie od zmniejszenia całkowitej porowatości odlewów.

Wdrożenie takich skomplikowanych operacji technologicznych wymagało kreatywnych modyfikacji rozwiązań projektowych w konwencjonalnych układach dociskowych występujących w konwencjonalnych urządzeniach do odlewania pod wysokim ciśnieniem. Główną cechą było wprowadzenie dodatkowego nowatorskiego zespołu hydro-mechanicznego z odpowiednimi zaworami w celu umożliwienia ruchu wypychacza i rdzeni przy wymaganej sile zasilania w precyzyjnie sterowanym układzie mikroprocesorowym.

Mechanizm dodatkowego docisku wewnątrz form dla odlewów ciśnieniowych z metali lekkich według wynalazku, posiadający szereg prętów przesuwnych wnikających w odlew, posiada w korpusie formy, we wkładce formy, sztywno umocowany popychacz prętów. Popychacz ten współdziała z dwoma klinami posiadającymi współpracujące ze sobą pochyłe powierzchnie. Kliny przemieszczają ruchem posuwisto zwrotnym pręty usytuowane prostopadle do wkładki formy i zakończone popychaczami wnikającymi w odlew. Zewnętrzny klin umocowany w prowadnicy posiada umocowane pręty połączone z osadzonymi we wkładce formy popychaczami, a od strony współpracującego napędowego klina, zewnętrzny klin posiada skośny wypust o teowym przekroju poprzecznym.

Mechanizm dodatkowego docisku według wynalazku charakteryzuje się tym, że klin napędowy, zamocowany przesuwnie w prowadnicy, połączony jest z tłoczyskiem siłownika nadającym mu ruch posuwisto zwrotny, a od strony współpracującego klina z prętami, klin napędowy m posiada skośny rowek o teowym przekroju poprzecznym współpracujący jako prowadnica z wypustem klina z prętami.

Mechanizm według wynalazku posiada pręty osadzone prostopadle do dolnej części klina, które mocowane są z możliwością regulacji wysokości osadzenia, co pozwala na regulowanie siły docisku i przenoszenie jednolitego nacisku na popychacze umieszczone w technologicznych węzłach formy.

Mechanizm dodatkowego docisku wewnątrz form do odlewania pod ciśnieniem, w odlewach ciśnieniowych z metali lekkich, a zwłaszcza ze stopów aluminium, według wynalazku działa na zasadach docisku prętami wyposażonymi w popychacze na krzepnący odlew i zmniejsza jego porowatość, minimalizuje rzadzizny oraz porowatość gazową, będącą konsekwencją turbulencji strumienia płynnego metalu, zwłaszcza w miejscach węzłów cieplnych.

Celem wynalazku jest „przepchanie” i minimalizacja pęcherzy gazów oraz próba zmiany lokalizacji jam skurczowych w odlewach na miejsca mniej krytyczne.

Mechanizm dodatkowego docisku wewnątrz form do odlewania pod ciśnieniem według wynalazku uwidoczniono na rysunku, który przedstawia przekrój przez formę odlewniczą z mechanizmem klinowym.

W przykładzie wykonania, mechanizm dodatkowego docisku wewnątrz form do odlewania pod ciśnieniem dla odlewów wysokociśnieniowych ze stopów aluminium, posiadający szereg przesuwnych prętów 7, wnikających w odlew popychaczami 8, posiada w korpusie 1 formy prowadnice 4 umocowa4

PL 222 779 B1 ne sztywno oraz dwa kliny 5 i 6, zewnętrzny i napędowy, współpracujące ze sobą powierzchniami pochyłymi. Te kliny 5, 6 przemieszczają ruchem posuwisto-zwrotnym pręty 7, usytuowane prostopadle do wkładki 2 formy i zakończone popychaczami 8 wnikającymi w odlew. Zewnętrzny klin 5, umocowany w prowadnicy, posiada umocowane pręty 7 połączone z osadzonymi we wkładce formy 2 popychaczami 8, a od strony współpracującego napędowego klina 6, klin 5 posiada skośny wypust 9 o teowym przekroju poprzecznym lub strukturze jaskółczego ogona.

Mechanizm eliminacji porowatości według wynalazku posiada napędowy klin 6 umocowany przesuwnie w prowadnicy 4 i połączony z tłoczyskiem 10 siłownika hydraulicznego, nadającym mu ruch posuwisto zwrotny, a od strony współpracującego klina 5 z prętami 7, napędowy klin 6 posiada skośny rowek o teowym przekroju poprzecznym lub strukturze jaskółczego ogona, współpracujący jako prowadnica z wypustem 9 klina 5 z prętami 7. Mechanizm według wynalazku posiada pręty 7 osadzone prostopadle do górnej części klina 5, które mocowane są na gwincie z możliwością regulacji wysokości osadzenia, co pozwala na regulowanie siły docisku i przenosi się na jednolity nacisk na popychacze umieszczone w technologicznych węzłach formy. Mechanizm dodatkowego docisku wewnątrz form do odlewania pod ciśnieniem w odlewach ciśnieniowych z metali lekkich, a zwłaszcza stopów aluminium, według wynalazku działa na zasadach docisku prętami wyposażonymi w popychacze na krzepnący odlew i zmniejsza jego porowatość, eliminuje rzadzizny oraz porowatość gazową.

Technologia odlewania ciśnieniowego dla małych elementów wykonanych ze stopów aluminium, z dodatkowym lokalnym dociskiem zwiększa dokładność odwzorowania wymiarowego odlewów z maksymalnym odchyleniem dokładności 0,1 mm zmniejszonym do 0,05 mm. Dodatkowy docisk odlewu w formie metalowej usuwa z odlewu znaczną liczbę pęcherzyków powietrza i mikro skurczów, co skutkuje wyższą gęstością struktury odlewu. Wytworzona część ma gładszą, mniej porowatą powierzchnię i większą jednorodność w porównaniu do tych części na rynku, wytwarzanych bez tej technologii.

Ta nowa technologia umożliwia wytwarzanie elementów o bardzo skomplikowanych kształtach i wysokich właściwościach wytrzymałościowych.

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Mechanizm dodatkowego docisku wewnątrz form do odlewania pod ciśnieniem dla odlewów z metali lekkich, posiadający szereg prętów przesuwnych wnikających w odlew, znamienny tym, że korpus (1) formy do odlewania pod ciśnieniem posiada prowadnice (4) umocowane sztywno oraz dwa współpracujące kliny, zewnętrzny klin (5) i napędowy klin (6), przemieszczające osiowo pręty (7) zakończone popychaczami (8).
2. 2. Mechanizm według zastrz. 1, znamienny tym, że zewnętrzny klin (5), umocowany w prowadnicy (4), posiada umocowane pręty (7), połączone z osadzonymi we wkładce (2) formy popychaczami (8), a od strony współpracującego napędowego klina (6), zewnętrzny klin (5) posiada skośny wypust (9).
3. 3. Mechanizm według zastrz. 2, znamienny tym, że skośny wypust (9) ma teowy przekrój poprzeczny.
4. 4. Mechanizm według zastrz. 2, znamienny tym, że skośny wypust (9) ma strukturę jaskółczego ogona.
5. 5. Mechanizm według jednego z zastrz. poprzednich, znamienny tym, że napędowy klin (6), umocowany przesuwnie w prowadnicy (4), połączony jest z tłoczyskiem (10) siłownika nadającym mu ruch posuwisto zwrotny, a od strony współpracującego zewnętrznego klina (5), napędowy klin (6) posiada skośny rowek współpracujący jako prowadnica z wypustem (9) zewnętrznego klina (5).
6. 6. Mechanizm według zastrz. 5, znamienny tym, że skośny rowek ma teowy przekrój poprzeczny.
7. 7. Mechanizm według zastrz. 5, znamienny tym, że skośny rowek ma strukturę jaskółczego ogona.
8. 8. Mechanizm według zastrz. 1, znamienny tym, że pręty (7) osadzone prostopadle do górnej części zewnętrznego klina (5) są elementami o regulowanej wysokości osadzenia.